Преобразование излучения ИК лазеров

Преобразование излучения ИК лазеров в новые для них диапазоны длин волн методами нелинейной оптики.

Разработка источников лазерного излучения, действующих в среднем ИК-диапазоне с длиной волны от 2 до 20 микрон, представляет большой интерес для спектроскопии, фотохимии, разделения изотопов и ряда других применений из-за «окон прозрачности» атмосферы. Один из перспективных путей освоения этого спектрального интервала связан с преобразованием частоты излучения CO-лазера методами нелинейной оптики, в частности, путём генерации суммарных и разностных частот.
Одно из окон прозрачности атмосферы расположено в интервале от 4.3 до 4.7 микрон, однако расположен этот интервал между полосами генерации излучения CO-лазера на основных и обертонных колебательных переходах. Для освоения этого интервала сейчас интенсивно разрабатываются новые лазерные источники. Однако эта же задача может быть решена путём преобразования частоты излучения CO-лазера в нелинейных кристаллах. Нами было предложено применить генерацию разностной частоты (ГРЧ) между линиями основной и обертонной полос излучения CO-лазера на основе кристалла ZnGeP₂ (ZGP). А затем мы предложили заменить излучение обертонной полосы излучением, полученным путём генерации суммарных частот (ГСЧ) линий основной полосы излучения CO-лазера, и, тем самым, реализовать ГСЧ и ГРЧ одновременно в одном образце кристалла, уменьшая оптические потери и экономя нелинейно-оптический материал. Двухкаскадное преобразование частоты многочастотного CO‑лазера было нами реализовано в одном кристалле ZGP, при этом излучение ГРЧ перекрыло интервал длин волн от 4.3 до 4.9 микрон.
 Расчёт условий фазового синхронизма ГСЧ и ГРЧ в кристалле ZGP показал, что методом двухкаскадного преобразования частоты в одном образце нелинейного кристалла можно получить излучение за пределами длинноволновой границы излучения CO-лазера накачки. Актуальность задачи генерации излучения с длиной волны более 8 микрон связана с освоением окна прозрачности атмосферы в интервале длин волн от 8 до 12 микрон. В наших экспериментах спектр излучения CO-лазера накачки находился в интервале от 5 до 7.5 микрон и состоял из ~150 линий. Реализация двухкаскадного преобразования в кристалле ZGP позволила значительно обогатить (зарегистрировано более 650 преобразованных линий) и расширить спектр излучения, который перекрыл интервал в полторы октавы (длина волны от 2.5 до 8.3 микрон). Применение других нелинейных кристаллов (например, селенида галлия GaSe) позволяет расширить спектр излучения в область ещё более длинных волн.

• Ю.М. Андреев, А.А. Ионин, И.О. Киняевский, Ю.М. Климачев, А.Ю. Козлов, А.А. Котков, Г.В. Ланский, Преобразование частоты СО-лазера в нелинейном кристалле ZnGeP₂ // Краткие сообщения по физике, (1), c. 19, (2010).
• A.A. Ionin, J. Guo, L.-M. Zhang, J.-J. Xie, Yu.M. Andreev, I.O. Kinyaevsky, Yu.M. Klimachev, A.Yu. Kozlov, A.A. Kotkov, G.V. Lanskii, A.N. Morozov, V.V. Zuev, A.Yu. Gerasimov, and S.M. Grigoryants, Mode-locked CO laser frequency doubling in ZnGeP₂ with 25% efficiency // Laser Physics Letters, 8 (10), p. 723 (2011).
• Ionin A., Kinyaevskiy I., Klimachev Yu., Kotkov A. and Kozlov A., Novel mode-locked carbon monoxide laser system achieves high accuracy // SPIE News Room, (6 January 2012), doi: 10.1117/2.1201112.004016, http://spie.org/x84753.xml.
• A.A. Ionin, I.O. Kinyaevskiy, Yu.M. Klimachev, A.A. Kotkov, A.Yu. Kozlov, Yu.M. Andreev, G.V. Lanskii, A.V. Shaiduko, A.V. Soluyanov, Cascaded carbon monoxide laser frequency conversion into the 4.3–4.9 μm range in a single ZnGeP₂ crystall // Optics Letters, 37 (14), 2838–2840 (2012).
• Ю.М. Андреев, А.А. Ионин, И.О. Киняевский, Ю.М. Климачев, А.Ю. Козлов, А.А. Котков, Г.В. Ланский, А.В. Шайдуко, Широкополосная лазерная система на монооксиде углерода, действующая в интервале длин волн 2.5 – 8.3 мкм // Квантовая электроника, 43 (2), 139-143 (2013).